~~IIIIII.HARDWARE Equipamentos de u._ energia para redes... A energia fornecida para sua rede de computadores é de boa qualidade? Os equipamentos atendem às suas necessidades? É válido fazer associações de equipamentos? Confira nesta matéria uma discussão sobre vários aspectos relacionados a essas questões.... -. de computadores ROBERTO LUIZ R. CUNHA Sempre que falarmos na melhoria da qualidade da energia elétrica, estaremos nos referindo a três tipos básicos de equipamentos: filtros de linha, estabilizadores e no-breaks. Cada um deles representa uma classe de proteção e, de modo geral, cada tipo engloba as funções do tipo anterior. Dessa forma, um estabilizado r possui as funções de um filtro de linha e um no-break possui as funções de um estabilizador. FILTROS DE LINHA Apesar da maioria dos usuários, em geral, utilizarem os filtros de linha apenas para obter mais tomadas elétricas, esses equipamentos são desenvolvidos para eliminar ou reduzir interferências e transientes presentes na rede elétrica, evitando dessa forma que os mesmos venham a afetar o funcionamento dos computadores ou equipamentos de rede ligados. Embora sejam conhecidos como filtros de linha, a grande maioria dos dispositivos encontrados possui apenas proteção contra transientes através do uso de varistores. O nível dessa proteção é indicado por um valor máximo de energia, expresso em Joules (J), que o filtro consegue dissipar. Todo filtro de linha deveria possuir também proteção contra interferências de RF (Rádio-Freqüência), o que é possível através do uso de circui tos com capacitores e indutores. Os transientes têm origem em diversos fenômenos naturais, como descargas atmosféricas, e ocorrências de operação do sistema elétrico, como chaveamento de cargas indutivas, desligamento de disjuntores, etc. Como representante dessa classe, testamos o F6 STD 11O/220V da Clone (www.clone.com.br/ produtos_ descricoes.asp? cod_ produto=01025) - figura l. Esse modelo é um protetor de rede elétrica com 6 tomadas, com capacidade de potência de 1000 VA e que apresenta proteção contra transientes com capacidade de absorção de 140 J aoules). Utilizando um analisador de espectro da Agilent (figura 2), constatamos uma boa capacidade de filtragem desse protetor, mas é preciso alertar que sua eficiência, assim como a de todos equipamentos que analisaremos a seguir, depende diretamente da existência e da boa qualidade de um terra, sem o qual o que existirá, de fato, é uma falsa sensação de segurança de sua rede (figura 3). Para maiores informações sobre a realização do aterramento, consulte a PC&Cia no 37. Ademais, o uso de equipamentos de medição como o analisador de espectro da figura 2 e um bom osciloscópio, como o que estaremos demonstrando a seguir, são de fundamental importância para que sua empresa possa verificar a qualidade da energia elétrica entregue aos computadores. ESTABILlZADORES DE TENSÃO OS estabilizadores de tensão são dispositivos que visam corrigir, dentro de certos limites, as variações da tensão fornecida pela rede elétrica. Essas variações 2. Analisador de espectro modelo E44028 com faixa de ãtuação entre 9 KHze 3 GHz. (familia ESA-Eda Agilent - www.agílent.com.br) 24 PC & CIA W 39 - OUTUBRO 2004
HAROWARE I I 3. Espectro numa das tomadas de saída do protetor, na presença (á esquerda) e na ausêncía de aterramento ruídos indesejáveis podem comprometer computador. são sub e sobretensões. Como sabemos, a rede elétrica não é muito estável e é sensível às variações instantâneas de consumo. Dessa forma, podemos esperar a ocorrência de subtensões às oito horas da manhã, quando muitas das empresas começam a funcionar, e às seis horas da tarde, quando a iluminação pública começa a ser ligada. Da mesma forma, podemos esperar sobretensões no horário do almoço e no final da noite, quando o consumo de energia elétrica é menor. Os estabilizadores trabalham através do chaveamento de enrolamentos, muitas vezes chamados de taps, de forma a manter a tensão de saída a mais estável possível. Um circuito sensor monitora o valor da tensão na saída do estabilizado r -- --- i~ --:::~ l\ne-r 3 o o o e, caso esteja abaixo ou acima do valor nominal, ele chaveia a saída.. para um enrolamento com mais ou menos esplras, respectivamente. Além dessa função básica, os estabijizadores também contam com diversas tomadas e dispositivos para proteção contra transientes da rede elétrica, que também são especificados por sua capacidade de absorção de energia, emjoules. Como representantes dessa classe de dispositivos, testamos os 2 modelos apresentados na figura 4, um LR300BI-BR da APC (http:/ /www.apc.com/products/ category.cfm?id=12) e o NG2 da Microsol (http://www.mi crosol.com. brprodutos. php? id= 15), que são estabilizadores,.l, T o de 300 VA de potência de saída, saída nominal de 115 V +/- 6 %, 4 tomadas de saída e capacidade de absorção de transien tes de 420 J (Joules), no caso do modelo da APC No caso do modelo da Microsol, essa característica não é informada. Semelhantemente ao constatado no teste com o filtro de linha, os estabilizadores também tiveram sua capacidade de filtragem contra ruídos comprometidas, quando instalados em tomadas sem aterramento. NO-BREAKS Dentro das falhas da rede elétrica, as sub e sobretensões podem ser controladas pelos estabilizadores. Com isso, você melhora as condições de operação de seus computadores e aumenta sua vida útil. Mas caso você procure pelo máximo de proteção para seu investimento em hardware e para seus dados, os quais, afinal, são os bens mais importantes de sua empresa, você precisará partir para a próxima classe de equipamentos, representada pelos nobrealcs. Os no-brealcs são equipamentos que garantem um fornecimento constante de energia para os computadores, mesmo quando ocorre falha no fornecimento da rede elétrica.lsso evita desligamentos abruptos e permite que você salve seu trabalho antes de desligar o computador. Note que, diferentemente do que muita gente pensa a respeito, a função de um no-breaké permitir o desligamento controlado do computador, não permi- tir que se continue trabalhando na falta de energia da rede elétrica. Para esse último caso existem soluções que utilizam geradores de energia, mas esse é um assunto que foge ao escopo deste artigo. Portanto, a função de todos os no-brealcs é fornecer energia no caso de falha da rede, o que pode ser feito através de duas classes de equipamentos, os modelos off-line e os on-line. Os no-brealcs off-line utilizam um ClfCUltOInversor para fornecer energia às cargas, mas apenas quando a rede falha, isto é, quando a rede está normal, a carga será alimentada por ela e o circuito manterá a bateria carregada. Somente quando ocorrer uma falha da rede elétrica é que o no-brealc comutará a carga para a saída do inversor, que continuará a fornecer energia a partir de suas baterias. Éimportante notar que existe um pequeno intervalo de tempo entre a quedã da rede elétrica e o início do funcionamento do inversor. No entanto, esse tempo normalmente não chega a comprometer o funcionamento dos computadores. Esse tipo de no-break se caracteriza pelo seu projeto mais simples e menor custo. Devido a isto, o sinal encontrado em suas saídas, quando em operação a partir da bateria, não é senoidal, mas sim quadrado (ou alguma forma de onda próxima da quadrada), conforme podemos ver na figura 5. Para essa medição, usamos um osciloscópio digital modelo TDS3054B da Tektronix, que no Brasil pode ser encontrado na Farnell (www.farnell.com.br). De um modo geral, essa forma de onda não traz nenhum problema para as fontes chaveadas dos computadores, exceto por um maior aquecimento do retificador de entrada da fonte, que não utiliza diodos rápidosmais adequados para a retificação dessa forma de onda -, e do capacitor de entrada, devido a uma maior corrente de ripple. No fundo, o risco da fonte vira se danificar é pequeno, mas considerando que a grande maioria das máquinas usam fontes genéricas de enésima categoria 25
- 5. Osciloscópio Tektronix e formas de onda na saída de um no break off-iíne (modelo Back UPS ES BE600-BR da APC), na ausência e na presença (b) da rede elétríca. - conforme já demonstramos em inúmeras oportunidades -, a possibilidade disso ocorrer aumenta consideravelmente. Além disso, uma conseqüência que pode ocorrer é a geração de interferência eletromagnética (EMI) em equipamentos eletrônicos sensíveis, próximos ao no-break. Isso se deve ao chaveamento tápido da tensão na saída (veja box na próxima página). Assim como os equi pamentos das classes antetiores, a maioria dos no-breaks off-line incorporam estabilizadores e supressores de transientes, além de filtros EMI/RF. No caso do modelo da APC testado (figura 6), ele possui 6 tomadas, capacidade de absorção de transientes de 320 J, tempo de comutação entre a rede elétrica e a operação por bateria de 5 ms, e potência de saída de 600 VA ou 360 W, uma vez que a APC declara como fator de potência de seus equipamentos o valor 0,6, assim, para obter o "W', basta fazer VA x 0,6. Segundo informações contidas no site www.apcc.com/products/ family/ index. cfm?id=21 &ISO CountryCode=br, funcionando à plena carga, ou seja, 360 W - o equivalente ao consumo estimado de Uma máquina de última geração formada por um Penti um 4 Soq uete LGA-775 e placa de vídeo PCI Express, não considerando o consumo do monitor de vídeo, sua bateria interna provê uma autonomia de funcionamento de 2 minutos. Aliás, é bom ficar bem atento à especificação de um equipamento de energia para uma máquina dessa plataforma Pentium 4. Note que, nesse caso, mesmo considerando o uso de uma fonte ATX de alta qualidade, devidamente provida de um circuito de correção do faro r de potência (PFC - detalhes na PC&Cia no 34) na entrada, o que eleva consideravelmente seu rendimento em relação às fontes genéricas e faz com que a potência consumida em sua entrada seja muito próxima da entregue ao computador, somente um no-break mais potente será capaz de também suportar e proteger um monitor. Enfim, 600 VA já não são mais suficientes para um conjunto como este; quem diria... Já os no-breaks on-line representam o máximo de proteção para os equipamentos alimentados e seus dados. São chamados de on-line porque alimentam a carga sempre através do inversor, eliminando, dessa forma, os tempos de comutação entre a rede elétrica e a bateria. Como são equipamentos eletrônicos destinados a permanecerem constantemente ligados, possuem projetos muito mais elaborados e complexos que seus primos off-line, custando, obviamente, muito mais caro. 6. No-break APC modelo Back UPS ES BE600-BR. detalhe, No No entanto, o que representaria uma desvantagem, acaba se tornando, a longo prazo, uma vantagem, já que por possuí- conectores RJ-11 para proteção modem, conexões de fax e ADSL. rem melhores projetos apresentam vida útil muito maior e menor taxa de falhas, o que irá representar menor gasto total durante sua utilização. Além disso, permitem que se aumente sua autonomia apenas adicionando mais baterias, característica inexistente na grande maioria dos modelos off-line. Os no-breaks on-tine apresentam saída senoidal, eliminando a geração de interferências na saída e poupando a vida dos retificadores e capacitores das fontes dos computadores. Veja na figura 7 a forma de onda da saída de um no-break on-line, no caso o modelo IlSS 1500BBii Sinus Double LP de 1,5 kva fabricado pela SMS (www.sms.com.br/userinterface/ visualizacaonisualizacao.aspx?codigo= 52), visto na figura 8. 7. Forma de onda na saída de um no break on line: sempre senoidal, com ou sem rede elélrica. 26 PC & CIA W 39 - OUTUBRO 2004
HAROWARE Ruido gerado por sinais de onda quadrada 8. No break on line Sinus Double LP da SMS:opções de 1,5 a 3 kva,entrada blvolt (115/220 V) automática e salda também bivolt, seleclonada através de chave. Dis plays no painel frontal indicam carga das baterias e potência consumida em suas saidas. Os sinais senoidais puros (sem distorção) se caracterizam por apresentar uma única freqüência (ou fundamental). Matematicamente sabemos que qualquer sinal não senoidal pode ser representado pela soma de infinitos sinais senoidais (análise de Fourier). Não cabe aqui discutir esse cálculo, mas sim exemplificar sua existência utilizando recursos mais simples. Considerando a forma de onda da figura ao lado, podemos obter os seguintes valores: Tempo de subida igual a 4,8 lls; Período (para efeito de ruído) igual a 8,3 ms; Ciclo de trabalho igual a 38,1 %. Forma de onda de chaveamento de saída no no break off líne da APC. Freqüência / Assim: F 1 = 1/ pi * ciclo de trabalho * período = lipi * 0,381 * 8,3 ms = 100 Hz F2 = 1/ pi * tempo de subida = 1/ pi * 4,8 ls = 66,3 KHz F, = 100 Hz F2 = 66 khz Freqüência Faixa de freqüências onde interferências podem ocorrer..,... '"."",::>~,,,\.,,,''''';:''':'.~.-=" ~..\..~I""1" 1 1 1, "I'" "'I De posse desses valores, é possível construir o gráfico da figura em amarelo, que mostra os sinais existentes que poderão interferir com equipamentos eletrônicos próximos. Podemos comprovar, na prárica, arravés do analisado r de especrro, a exisrência desses sinais, veja na figura ao lado. Espectro obtido em uma das tomadas de saída do no break off line da APC. Dentre as diversas caracrerísticas desse no-break da SMS, os destaques são a partida a frio (possibilidade de ser ligado mesmo na ausência da rede elérrica), a isolação galvânica entre sua entrada e saída, o que por si s6 já consiste numa proteção contra ruídos e interferências, e o circuito de correção do fator de potência (PFC - um recurso opcional na linha SMS), que melhora a eficiência do no-break e reduz o ruído introduzido na linha de alimentação de sua instalação elétrica, além de deixar uma maior quantidade de potência útil disponível na mesma. Um detalhe curioso é que a SMS declara um valor de fator de potência diferente da APC, que, como vimos, é de 0,6. Por exemplo, com um fator de porência de 0,73, esse Sinus Double LP de 1,5 kva é capaz de fornecer aproximadamente 1100 W de saída. Por úlrimo, vale cirar que esse ripo de nobreak engloba todas as vantagens das classes de equipamenros anteriores e desracar a excelente construção interna do Sinus Double LP. Sua montagem interna é basrante lim pa, e nore na figura 9 que por rrás de um projeto que é aré considerado como razoavelmente grande e pesado para uma porência fornecida de apenas 1,5 kva, está uma esrrurura modular que permire alcançar até 3 kva num mesmo chassi e o acréscimo de mais baterias internas, reduzindo sensivelmeme cusros de produção e maximizando o cada vez mais precioso espaço físico nas empresas. ASSOCIAÇÃO DE ENERGIA DE EQUIPAMENTOS Uma questão que é sempre levantada é: podemos associar equipamen [Osde proteção? Sim, desde que respeitemos suas características e limi rações. Por exemplo, caso desejemos mais tomadas em um esrabilizador, basta colocar um filtro de linha em uma de suas saídas e observar que a potência máxima consumida não ulrrapasse os limires do esrabilizador e nem do filrro. Além disso, devemos verificar se não esramos ulrrapassando PC & CIA W 39 - OUTUBRO 2004 27
:ll'. HAROWARE os limites de corrente por tomada, tanto no estabilizador quanto no filtro. Uma questão específica é se podemos ligar um no-break em um transformador isolador e obter suas vantagens, sendo a principal delas o fato do isolador suprira inexistênciaou a falta de confiabilidade em relação ao terra de uma instalação elétrica. Sim, isso também é possível, e para tal a única recomendação a ser observada é a de não ultrapassar o limite de potência do transformador isolador. 9. Vista interna do Sinus Double LP: modelo recebido veio com 9 baterias e peso bruto de 93 kg (rodas na base facilitam deslocamento). É possivel instalar até 18 baterias internamente. CONCLUSÃO É sempre importante mantermos em mente o que queremos proteger e até que ponto. Isso ditará que tipo de equipamento devemos utilizare nos dará uma idéia do custo da solução. De modo geral, a proteção de equipamentos domésticos utilizará até o nível dos no-breaks offline. Para uso profissional e empresarial teremos a gama completa, com forte recomendação aos nobreaks on-line, já que oferecem o máximo de segurança e desempenho, além de características que facilitam seu gerenciamento. Aliás, nas próximas edições estaremos avaliando os recursos de gerenciamento providos pelos no-breaks. Dos avaliados nesta edição, tanto o offline da APe quanto o on-line da SMS possuem esses recursos. Em relação às associações de equipamentos, elas são sempre muito bem vindas, desde que feitas de modo a respeitar os limites envolvidos. Uma última observação: todos esses equipamentos utilizam o terra para poderem funcionar corretamente e protegerem suas cargas. Um bom terra é fundamental para a segurança de sua rede. Esperamos que as imagens e os testes aqui demonstrados o ajudem a jamais se esquecer disso! PC